Procesy i urządzenia elektrotermiczne

Teoria pola elektromagnetycznego
ROK I SEMESTR
Wykład
Ćwiczenia
Laboratorium
LICZBA GODZIN
STUDIÓW
FORMA ZAJĘĆ
ROK
SEMESTR
STUDIA
STACJONARNE
II
II
IV
IV
30
30
STUDIA
NIESTACJONARNE
FORMA
ZALICZENIA
PUNKTY
ECTS
Egz.
Oc.
Typ przedmiotu: Obowiązkowy
Poziom przedmiotu: Zawansowany
Wymagania wstępne:
Znajomość zagadnień z podstawowego kursu matematyki, analizy matematycznej, równań
różniczkowych, oraz analizy wektorowej.
Cele przedmiotu i efekty kształcenia.
Celem zajęć jest: przekazanie wiedzy i zainteresowanie studentów
przedmiotem,, wprowadzenie w problematykę nowoczesnej elektrotechniki w powiązaniu ze zjawiskami fizycznymi oraz ich
zastosowaniem w praktyce inżynierskiej. Przedmiot ma dostarczyć wiedzy podstawowej do studiowania przedmiotów
specjalistycznych na kierunku studiów Elektrotechnika.
Wykład na IV semestrze obejmuje 30 godzin zajęć dydaktycznych na studiach stacjonarnych oraz zajęcia laboratoryjne - 30 godzin,
są one związane z treściami prowadzonego wykładu i realizowane w formie ćwiczeń laboratoryjnych i komputerowych.
Efektem kształcenia jest umiejętność opisu podstawowych zagadnień z zakresu pola elektromagnetycznego; formułowania równań
opisujących pole elektrostatyczne, pole elektrycznego prądu stałego w środowisku przewodzącym, pole magnetycznego oraz pole
elektromagnetyczne harmoniczne, obliczania rozkładu pól metodami analitycznymi oraz metodami numerycznymi.
Program nauczania:
Pole wektorowe. Rachunek wektorowy w zastosowaniu do analizy pola wektorowego.
Gradient, dywergencja, rotacja. Twierdzenie Gaussa-Ostrogradskiego, twierdzenie Stokesa.
Podstawowe cechy pola elektromagnetycznego. Równania Maxwella. Prawo zachowania ładunku.
Pole elektrostatyczne. Równania Laplace'a i Poissona. Prawo załamania linii pola na granicy dwóch środowisk.
Dielektryki w polu elektrostatycznym.
Pojemność elektryczna. Kondensatory. Energia pola elektrostatycznego. Siły w polu elektrostatycznym.
Metody wyznaczania pola elektrostatycznego
Statyczne pole przepływowe. Równania pola. Prawo Ohma w postaci wektorowej. I i II prawo Kirchhoffa w postaci wektorowej.
Prawo Joule'a - Lenza . Prawo załamania linii pola na granicy dwóch środowisk. Analogia między polem przepływowym i polem
elektrostatycznym. Uziomy.
Pole magnetostatyczne. Równania pola. Pole magnetyczne na granicy dwóch środowisk.
Potencjały pola magnetostatycznego. Prawo Biota-Savarta. Pole magnetyczne w środowisku materialnym.
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Energia pola magnetycznego. Siły w polu magnetycznym.
Obliczanie indukcyjności własnej i wzajemnej.
Metody wyznaczania pola magnetostatycznego.
Wolnozmienne pole harmoniczne.
Propagacja pola elektromagnetycznego. Fala płaska. Zjawisko naskórkowości.
Wykorzystanie teorii pola do obliczania układów praktycznych. Podstawy ekranowania elektromagnetycznego.
Laboratorium
Wykaz ćwiczeń wykonywanych przez studentów w ramach laboratorium
1.
Modelowanie pól za pomocą programu komputerowego Quick Field oraz FEMM
Pole elektryczne w kondensatorze płaskim jedno i wielowarstwowym,
Pole elektryczne w kondensatorze cylindrycznym jedno i wielowarstwowym,
Pole elektryczne uziomu,
Pole magnetyczne w kablu koncentrycznym,
Modelowanie pól w ekranach – elektrycznym i magnetycznym oraz ocena skuteczności ich działania,
Modelowanie zjawiska naskórkowości (układ szyn z prądem, żłobek silnika indukcyjnego)
Analityczne wyznaczanie rozkładów pola elektrycznego,
Analityczne wyznaczanie rozkładów pola elektrycznego w środowisku przewodzącym,
Analityczne wyznaczanie rozkładów pola magnetycznego. Obliczanie indukcyjności własnej i wzajemnej.
2.
3.
4.
5.
Badanie pola elektromagnetycznego cewki cylindrycznej,
Badanie pola elektromagnetycznego cewki z przewodzącym rdzeniem,
Pomiary podstawowych wielkości w polu elektromagnetycznym,
Modelowanie pól dwuwymiarowych na papierze elektroprzewodzącym.
Metody oceny:
Zaliczenie wykładu odbywa się na podstawie wyników egzaminu.
Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych odbywa się na podstawie ocen cząstkowych z przeprowadzanych ćwiczeń, opracowania
wyników badań w formie sprawozdań oraz sprawdzianów z wiedzy dotyczącej wykonywanych ćwiczeń.
Wykaz literatury podstawowej:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Maciej Krakowski: Elektrotechnika teoretyczna t. II. Pole elektromagnetyczne. PWN, 1999.
Ryszard Matusiak: Elektrotechnika teoretyczna T.2. Teoria pola elektromagnetycznego, WNT, 1982.
Zygmunt Piątek, Paweł Jabłoński: Podstawy teorii pola elektromagnetycznego, WNT 2010.
Henryk Rawa: Podstawy elektromagnetyzmu. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2005,
Antoni Cieśla, Elektrotechnika. Elektryczność i magnetyzm w przykładach i zadaniach, AGH Uczelniane Wydawnictwa
Naukowo-Dydaktyczne, Kraków, 2008.
Paweł Jabłoński, Zygmunt Piątek, Przykłady i zadania z podstaw teorii pola elektromagnetycznego. Wydawnictwo
Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2008.
Wykaz literatury uzupełniającej:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Tadeusz Łobos, Jacek Bogusz, Marian Łukaniszyn, Teoria pola dla elektryków. Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, 2004
T. Cholewicki: Elektrotechnika techniczna, t. II WNT 1971
Henryk Rawa: Elektryczność i magnetyzm w technice. PWN Warszawa, 1994.
Ryszard Sikora: Teoria pola elektromagnetycznego ,WNT 1997.
Jan Sikora, Podstawy elementów skończonych. Zagadnienia potencjalne pola elektromagnetycznego, Wydawnictwo
Książkowe Instytutu Elektrotechniki. Warszawa 2008.
Janusz Turowski J.: Elektrodynamika techniczna, WNT 1968.
M. Zahn M.: Pole elektromagnetyczne, PWN 1989
Jerzy Kozłowski, Wojciech Machczyński, Zadania z podstaw elektromagnetyzmu, Wydawnictwo Politechniki
Poznańskiej, 1998.
Opracował: Dr inż. Ryszard Goleman